JP4419114B2 - Vehicle steering system - Google Patents

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Power Steering Mechanism (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアリングホイールなどの操作部材の操作に基づいて操向輪を転舵させる構成の車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールと舵取り用の操向輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作方向および操作量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に電動モータなどの操舵アクチュエータからの駆動力を与えるようにした車両用操舵装置（いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム）が提案されている。
【０００３】
このような構成を採用することにより、車両の走行状況などに応じて、ステアリングホイールの回転量と操向輪の転舵量との比（ギア比）を自由に変更することができ、車両の運動性能の向上を図ることができる。また、上記のような構成は、衝突時におけるステアリングホイールの突き上げを防止できるという利点や、ステアリングホイールの配設位置の自由度が増すという利点もある。
ところで、上記のようなステア・バイ・ワイヤ・システムでは、ステアリングホイールと舵取り機構との機械的な結合がないから、操舵駆動系のフェールセーフ対策が重要である。そこで、ステアリングホイールと舵取り機構との間に、ステアリングホイールと舵取り機構とを分離／結合可能とするためのクラッチを介在させ、故障時には、クラッチを結合状態として、ステアリングホイールと舵取り機構とを機械的に連結することが提案されている。また、舵取り機構を駆動するための操舵駆動系を、主操舵駆動系と副操舵駆動系との二重系にすることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ステアリングホイールと舵取り機構との間にクラッチを介在させる構成では、クラッチが結合された後、操舵アクチュエータの駆動制御が続けられると、操舵アクチュエータによる操向輪の転舵につられてステアリングホイールが自動的に回転するなどの不都合を生じるおそれがある。そのため、操舵アクチュエータ以外の箇所で故障が生じた場合であっても、操舵アクチュエータの駆動は停止されるようになっていて、この結果、クラッチ結合後はステアリングホイールの操作が非常に重くなり、クラッチに大きな負荷がかかるという問題がある。
【０００５】
一方、二重系のシステムでは、システムサイズの縮小およびコストの低減を図るために、副操舵駆動系の操舵アクチュエータの出力は主操舵駆動系の操舵アクチュエータの出力よりも小さく設計されているのが一般的である。そのため、副操舵駆動系による舵取り機構の駆動時には、舵取り機構に十分な駆動力が与えられないという問題がある。
そこで、この発明の目的は、故障発生時にも良好な操舵を達成できる車両用操舵装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の操向のための操作部材（３０）と、車両の操向輪（Ｗ）を転舵させるための舵取り機構（１０）と、この舵取り機構に結合された主操舵アクチュエータ（５１Ｍ）および副操舵アクチュエータ（５１Ｓ）と、上記操作部材と上記舵取り機構とを機械的に連結／分離可能なクラッチ機構（２０）と、上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータが正常な時には、上記クラッチ機構を分離状態として、上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータから上記舵取り機構を駆動するための駆動力を発生させ、上記主操舵アクチュエータまたは副操舵アクチュエータの一方に異常が発生した時には、上記クラッチ機構を連結状態として、正常な他方の操舵アクチュエータから上記操作部材の操作に応じた操舵補助力を発生させる舵取り制御手段（６０）と、上記操作部材に操作反力を与える反力アクチュエータ（４０）とを含み、上記舵取り制御手段は、上記主操舵アクチュエータまたは副操舵アクチュエータの一方に異常が発生した時に、上記反力アクチュエータから上記操作部材の操作に応じた操舵補助力をさらに発生させるものであることをことを特徴とする車両用操舵装置である。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じである。
この発明によれば、主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータが正常な時には、主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータの両方から舵取り機構に駆動力が与えられる。したがって、主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータの個々の最高出力が比較的小さくても、舵取り機構に十分な駆動力を与えることができ、良好な操舵を達成することができる。
【０００８】
そして、主操舵アクチュエータまたは副操舵アクチュエータに異常が発生した場合には、クラッチ機構が連結状態にされるとともに、正常な操舵アクチュエータが操舵補助力の発生源として制御される。これにより、操作部材の操作に応じて、正常な操舵アクチュエータから舵取り機構に操舵補助力が与えられる。ゆえに、クラッチ結合後も操作部材を楽に操作することができ、実用的なフェールセーフを実現できる。
【０００９】
また、主操舵アクチュエータまたは副操舵アクチュエータに異常が発生した場合に、反力アクチュエータも操舵補助力の発生源として制御される。これにより、さらに大きな操舵補助力を舵取り機構に与えることができ、クラッチ機構を結合状態にした後の操作部材の操作をより楽に行うことができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、車両の操向のための操作部材（３０）と、車両の操向輪（Ｗ）を転舵させるための舵取り機構（１０）と、この舵取り機構に結合された主操舵アクチュエータ（５１Ｍ）および副操舵アクチュエータ（５１Ｓ）と、上記操作部材と上記舵取り機構とを機械的に連結／分離可能なクラッチ機構（２０）と、上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータが正常な時には、上記クラッチ機構を分離状態として、上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータから上記舵取り機構を駆動するための駆動力を発生させ、上記主操舵アクチュエータまたは副操舵アクチュエータの一方に異常が発生した時には、上記クラッチ機構を連結状態として、正常な他方の操舵アクチュエータから上記操作部材の操作に応じた操舵補助力を発生させる舵取り制御手段（６０）と、上記操作部材に操作反力を与える反力アクチュエータ（４０）とを含み、上記舵取り制御手段は、上記反力アクチュエータに異常が発生した時には、上記クラッチ機構を連結状態として、上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータから上記操作部材の操作に応じた操舵補助力を発生させるものであることを特徴とする車両用操舵装置である。
この発明によれば、主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータが正常な時には、主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータの両方から舵取り機構に駆動力が与えられる。したがって、主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータの個々の最高出力が比較的小さくても、舵取り機構に十分な駆動力を与えることができ、良好な操舵を達成することができる。
そして、主操舵アクチュエータまたは副操舵アクチュエータに異常が発生した場合には、クラッチ機構が連結状態にされるとともに、正常な操舵アクチュエータが操舵補助力の発生源として制御される。これにより、操作部材の操作に応じて、正常な操舵アクチュエータから舵取り機構に操舵補助力が与えられる。ゆえに、クラッチ結合後も操作部材を楽に操作することができ、実用的なフェールセーフを実現できる。
また、反力アクチュエータに異常が発生した場合には、クラッチ機構が連結されるとともに、主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータが操舵補助力の発生源として制御される。したがって、この場合も、ステアリングホイールを楽に操作することができ、実用的なフェールセーフが実現される。
【００１１】
請求項３記載の発明は、車両の操向のための操作部材（３０）と、車両の操向輪を転舵させるための舵取り機構（１０）と、この舵取り機構に結合されており、ほぼ同じ最高出力を有する主操舵アクチュエータ（５１Ｍ）および副操舵アクチュエータ（５１Ｓ）と、上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータが正常な時には、上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータから上記舵取り機構を駆動するための駆動力を発生させ、上記主操舵アクチュエータまたは副操舵アクチュエータの一方に異常が発生した時には、正常な他方の操舵アクチュエータのみから上記舵取り機構を駆動するための駆動力を発生させる舵取り制御手段（６０）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
【００１２】
この発明によれば、主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータが正常な時には、主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータの両方から舵取り機構に駆動力が与えられる。したがって、主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータの個々の最高出力を小さく抑えることができる。
上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータの個々の最高出力は、上記舵取り機構を駆動するのに十分な出力の６０〜７０％であることが好ましい。この場合、主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータが正常な時には、舵取り機構に十分な駆動力を与えることができ、良好な操舵を達成することができる。また、主操舵アクチュエータまたは副操舵アクチュエータの一方のみであっても、操向輪の方向を維持するには十分な駆動力を舵取り機構に与えることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、車両の操向のための操作部材（３０）と、車両の操向輪を転舵させるための舵取り機構（１０）と、この舵取り機構に結合された操舵アクチュエータ（５１）と、上記操作部材と上記舵取り機構とを機械的に連結／分離可能なクラッチ機構（２０）と、上記操作部材に操作反力を与えるための反力アクチュエータ（４０）と、上記操舵アクチュエータが正常な時には、上記クラッチ機構を分離状態として、上記操舵アクチュエータから上記舵取り機構を駆動するための駆動力を発生させ、上記操舵アクチュエータに異常が発生した時には、上記クラッチ機構を連結状態として、上記反力アクチュエータから上記操作部材の操作に応じた操舵補助力を発生させる舵取り制御手段（６０）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
【００１４】
この発明によれば、操舵アクチュエータに異常が発生した場合には、クラッチ機構が連結状態にされるとともに、反力アクチュエータが操舵補助力の発生源として制御される。これにより、操作部材の操作に応じて、反力アクチュエータから舵取り機構に操舵補助力が与えられる。ゆえに、クラッチ機構を結合状態にした後も操作部材を楽に操作することができ、実用的なフェールセーフを実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、舵取り用の一対の操向輪（通常は前輪）Ｗ，Ｗに舵取り動作を行わせるための舵取り機構１０と、この舵取り機構１０に対してクラッチ２０を介して機械的に連結／分離が可能なステアリングホイール３０と、このステアリングホイール３０に反力を付与するための反力アクチュエータ４０とを有している。
【００１６】
また、この車両用操舵装置は、舵取り機構１０を駆動するための操舵駆動系が、主操舵駆動系５０Ｍと副操舵駆動系５０Ｓとの二重系とされている。主操舵駆動系５０Ｍは、主操舵アクチュエータ５１Ｍと、この主操舵アクチュエータ５１Ｍの回転角を検出するための主回転角センサ５２Ｍとを含む。一方、副操舵駆動系５０Ｓは、副操舵アクチュエータ５１Ｓと、この副操舵アクチュエータ５１Ｓの回転角を検出するための副回転角センサ５２Ｓとを含む。主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓは、たとえば、いずれも電動モータで構成されており、両者の最高出力は、主操舵アクチュエータ５１Ｍまたは副操舵アクチュエータ５１Ｓの単体で舵取り機構１０を駆動するのに十分な出力の６０〜７０％でほぼ同じにされている。
【００１７】
舵取り機構１０は、車体の左右方向に延びて配置された操舵軸１１と、この操舵軸１１の両端部にタイロッド１２，１２を介して結合され、操向輪Ｗ，Ｗを支持するナックルアーム１３，１３とを有している。操舵軸１１は、ハウジング１４に支承されて軸方向に摺動可能にされており、その途中部に、主操舵アクチュエータ５１Ｍが同軸的に組み込まれている。また、操舵軸１１の一部には、ラックギア１１ａが形成されており、このラックギア１１ａには、クラッチ２０の一方側に結合されたシャフト２１の先端のピニオンギア２２が噛合している。シャフト２１には、副操舵アクチュエータ５１Ｓが結合されており、副操舵アクチュエータ５１Ｓが発生する駆動力がシャフト２１に入力されるようになっている。この構成により、主操舵アクチュエータ５１Ｍが駆動されると、主操舵アクチュエータ５１Ｍの回転がボールねじなどからなる運動変換機構によって操舵軸１１の摺動に変換され、この操舵軸１１の摺動により操向輪Ｗ，Ｗの操舵が達成される。また、副操舵アクチュエータ５１Ｓが駆動されると、副操舵アクチュエータ５１Ｓによるシャフト２１の回転がピニオンギア２２およびラックギア１１ａによって操舵軸１１の摺動に変換され、この操舵軸１１の摺動により操向輪Ｗ，Ｗの操舵が達成される。
【００１８】
クラッチ２０の他方側に結合されたシャフト２３は、ステアリングホイール３０に結合されている。したがって、クラッチ２０が連結状態であれば、ステアリングホイール３０に加えられた操舵トルクは、シャフト２３、クラッチ２０、シャフト２１、ピニオンギア２２およびラックギア１１ａを介して、操舵軸１１に機械的に伝達される。
反力アクチュエータ４０は、クラッチ２０とステアリングホイール３０とを結合するシャフト２３を回転軸とする電動モータ（たとえば、三相ブラシレスモータ）で構成されており、そのケーシングが車体の適所に固定されている。反力アクチュエータ４０には、ステアリングホイール３０から入力される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ４１と、ステアリングホイール３０の操作角を検出するための操作角センサ４２とが付設されている。
【００１９】
クラッチ２０、反力アクチュエータ４０、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓは、マイクロプロセッサなどを含む舵取り制御部６０によって制御されるようになっている。具体的に説明すると、舵取り制御部６０には、操作角センサ４２、主回転角センサ５２Ｍ、副回転角センサ５２Ｓの検出信号が入力されている。また、操舵軸１１に関連して、この操舵軸１１の軸方向位置を検出するための転舵位置センサ１５が設けられており、この転舵位置センサ１５の検出信号も舵取り制御部６０に入力されるようになっている。舵取り制御部６０には、さらに、車速を検出するための車速センサ７０の検出信号が入力されるようになっている。この車速センサ７０は、たとえば、車輪の回転速度を検出する車輪速センサによって構成することができる。そして、舵取り制御部６０は、上記各センサ類からの入力信号に基づいて、クラッチ２０、反力アクチュエータ４０、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓをそれぞれ駆動するための駆動回路２４，４３，５３Ｍ，５３Ｓに制御信号を与える。
【００２０】
図２は、舵取り制御部６０によって実行される処理について説明するためのフローチャートである。舵取り制御部６０は、主操舵アクチュエータ５１Ｍ、副操舵アクチュエータ５１Ｓまたは反力アクチュエータ４０が正常に動作しているか否か、つまり主操舵アクチュエータ５１Ｍ、副操舵アクチュエータ５１Ｓまたは反力アクチュエータ４０に異常が発生しているか否かを監視している（ステップＳ１，Ｓ２）。
【００２１】
主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓに異常が発生しておらず（ステップＳ１でＮＯ）、さらに反力アクチュエータ４０にも異常が発生していない場合には（ステップＳ２でＮＯ）、舵取り制御部６０は、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓの両方を駆動制御する（ステップＳ３）。この実施形態では、舵取り制御部６０は、ＶＧＲ（可変ギアレシオ）機能を有しており、車両の走行状況に応じてステアリングホイール３０の回転量と操向輪Ｗ，Ｗの転舵量との比（ギア比）を設定し、この設定したギア比およびステアリングホイール３０の操作量などに基づいて、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓの電圧指令値を設定し、各電圧指令値に応じた制御信号をそれぞれ駆動回路５３Ｍ，５３Ｓに与える。これにより、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓの両方から、ステアリングホイール３０の操作方向に応じた方向に操舵軸１１を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況やステアリングホイール３０の操作態様などに応じた良好な操舵が達成される。
【００２２】
こうして主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓを駆動制御している間に、主操舵アクチュエータ５１Ｍまたは副操舵アクチュエータ５１Ｓに異常が発生すると、舵取り制御部６０は、まず、上述のＶＧＲ機能を解除し（ステップＳ４）、ステアリングホイール３０の回転角と操向輪Ｗ，Ｗの転舵角との関係が適切な関係（ステアリングホイール３０の中点と操向輪Ｗ，Ｗの中点とが一致する関係）となるように、正常な操舵アクチュエータを制御して操向輪Ｗ，Ｗの位置を調整する。そして、この操向輪Ｗ，Ｗの位置調整後に、クラッチ２０を連結させ（ステップＳ５）、さらに反力アクチュエータ４０の駆動を停止させる（ステップＳ６）。
【００２３】
クラッチ２０が連結されることにより、舵取り機構１０とステアリングホイール３０との機械的な結合が達成され、その後、正常な操舵アクチュエータ（主操舵アクチュエータ５１Ｍまたは副操舵アクチュエータ５１Ｓ）および反力アクチュエータ４０を操舵補助力の発生源としたパワーステアリング装置として機能する。すなわち、クラッチ２０の連結後、舵取り制御部６０は、正常な操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータ４０から操舵補助力を発生させるべく、ステアリングホイール３０の操作角（ハンドル角）に応じた操舵アクチュエータ用ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号および反力アクチュエータ用ＰＷＭ制御信号を作成し、これらのＰＷＭ制御信号を正常な操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータ４０の駆動回路に入力する（ステップＳ７，Ｓ８）。これにより、正常な操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータ４０から適当な操舵補助力が発生され、ステアリングホイール３０の操作に応じた適切な操舵補助が実現される。
【００２４】
また、反力アクチュエータ４０に異常が発生すると、舵取り制御部６０は、まず、反力アクチュエータ４０の駆動を停止させる（ステップＳ９）。次に、上述のＶＧＲ機能を解除し（ステップＳ１０）、ステアリングホイール３０の回転角と操向輪Ｗ，Ｗの転舵角との関係が適切な関係となるように、正常な操舵アクチュエータを制御して操向輪Ｗ，Ｗの位置を調整した後、クラッチ２０を連結させる（ステップＳ１１）。
【００２５】
クラッチ２０の連結後は、この車両用操舵装置は、舵取り機構１０とステアリングホイール３０とが機械的に連結され、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓを操舵補助力の発生源としたパワーステアリング装置として機能する。すなわち、クラッチ２０の連結後、舵取り制御部６０は、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓから操舵補助力を発生させるべく、ステアリングホイール３０の操作角（ハンドル角）に応じた主操舵アクチュエータ用ＰＷＭ制御信号および副操舵アクチュエータ用ＰＷＭ制御信号を作成し、これらのＰＷＭ制御信号を主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓの駆動回路５３Ｍ，５３Ｓに入力する（ステップＳ１２）。これにより、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓから適当な操舵補助力が発生され、ステアリングホイール３０の操作に応じた適切な操舵補助が実現される。
【００２６】
以上のようにこの実施形態によれば、反力アクチュエータ４０、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓが正常な時には、主操舵駆動系５０Ｍおよび副操舵駆動系５０Ｓの両方により舵取り機構１０が駆動される。したがって、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓの最高出力が比較的小さくても、舵取り機構１０に十分な駆動力を与えることができ、良好な操舵を達成することができる。
【００２７】
そして、主操舵アクチュエータ５１Ｍまたは副操舵アクチュエータ５１Ｓに異常が発生した場合には、クラッチ２０が連結されるとともに、正常な操舵アクチュエータが操舵補助力の発生源としてＰＷＭ制御される。これにより、ステアリングホイール３０の操作に対して、正常な操舵アクチュエータから舵取り機構１０に操舵補助力が与えられる。ゆえに、クラッチ結合後もステアリングホイール３０を楽に操作することができ、実用的なフェールセーフを実現できる。
【００２８】
さらに、この実施形態では、主操舵アクチュエータ５１Ｍまたは副操舵アクチュエータ５１Ｓに異常が発生した場合に、反力アクチュエータ４０も操舵補助力の発生源としてＰＷＭ制御されるようになっている。これにより、さらに大きな操舵補助力を舵取り機構１０に与えることができ、クラッチ結合後のステアリングホイール３０の操作をより楽に行うことができる。
また、反力アクチュエータ４０に異常が発生した場合には、クラッチ２０が連結されるとともに、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓが操舵補助力の発生源としてＰＷＭ制御される。したがって、この場合も、ステアリングホイール３０を楽に操作することができ、実用的なフェールセーフが実現される。
【００２９】
図３は、この発明の他の実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成を示す概念図である。この実施形態に係る車両用操舵装置は、舵取り機構１０を駆動するための操舵駆動系が二重系でない点で、上述の図１に示す車両用操舵装置の構成と異なる。なお、この図３では、図１に示す各部に対応する部分に同一の参照符号を付して示すこととする。
この車両用操舵装置は、舵取り用の一対の操向輪（通常は前輪）Ｗ，Ｗに舵取り動作を行わせるための舵取り機構１０と、この舵取り機構１０に対してクラッチ２０を介して機械的に連結／分離が可能なステアリングホイール３０と、このステアリングホイール３０に反力を付与するための反力アクチュエータ４０とを有している。
【００３０】
舵取り機構１０は、車体の左右方向に延びて配置された操舵軸１１と、この操舵軸１１の両端部にタイロッド１２，１２を介して結合され、操向輪Ｗ，Ｗを支持するナックルアーム１３，１３とを有している。操舵軸１１は、ハウジング１４に支承されて軸方向に摺動可能にされており、その途中部には、操舵アクチュエータ５１が同軸的に組み込まれている。操舵アクチュエータ５１は、たとえば、舵取り機構１０の駆動に十分な出力を有する電動モータで構成されている。この構成により、操舵アクチュエータ５１が駆動されると、操舵アクチュエータ５１の回転がボールねじなどからなる運動変換機構によって操舵軸１１の摺動に変換され、この操舵軸１１の摺動により操向輪Ｗ，Ｗの操舵が達成される。
【００３１】
また、操舵軸１１の一部には、ラックギア１１ａが形成されており、このラックギア１１ａには、クラッチ２０の一方側に結合されたシャフト２１の先端のピニオンギア２２が噛合している。クラッチ２０の他方側に結合されたシャフト２３は、ステアリングホイール３０に結合されている。したがって、クラッチ２０が連結状態であれば、ステアリングホイール３０に加えられた操舵トルクは、シャフト２３、クラッチ２０、シャフト２１、ピニオンギア２２およびラックギア１１ａを介して、操舵軸１１に機械的に伝達される。
【００３２】
反力アクチュエータ４０は、クラッチ２０とステアリングホイール３０とを結合するシャフト２３を回転軸とする電動モータ（たとえば、三相ブラシレスモータ）で構成されており、そのケーシングが車体の適所に固定されている。反力アクチュエータ４０には、ステアリングホイール３０から入力される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ４１と、ステアリングホイール３０の操作角を検出するための操作角センサ４２とが付設されている。
【００３３】
クラッチ２０、反力アクチュエータ４０および操舵アクチュエータ５１は、マイクロプロセッサなどを含む舵取り制御部６０によって制御されるようになっている。具体的に説明すると、舵取り制御部６０には、操作角センサ４２および回転角センサ５２の検出信号が入力されている。また、操舵軸１１に関連して、この操舵軸１１の軸方向位置を検出するための転舵位置センサ１５が設けられており、この転舵位置センサ１５の検出信号も舵取り制御部６０に入力されるようになっている。舵取り制御部６０には、さらに、車速を検出するための車速センサ７０の検出信号が入力されるようになっている。この車速センサ７０は、たとえば、車輪の回転速度を検出する車輪速センサによって構成することができる。そして、舵取り制御部６０は、上記各センサ類からの入力信号に基づいて、クラッチ２０、反力アクチュエータ４０および操舵アクチュエータ５１をそれぞれ駆動するための駆動回路２４，４３，５３に制御信号を与える。
【００３４】
図４は、舵取り制御部６０によって実行される処理について説明するためのフローチャートである。舵取り制御部６０は、操舵アクチュエータ５１が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＴ１）。
操舵アクチュエータ５１に異常が発生していない場合には、舵取り制御部６０は、たとえば、車両の走行状況に応じてステアリングホイール３０の回転量と操向輪Ｗ，Ｗの転舵量とのギア比を設定し（ＶＧＲ機能）、この設定したギア比およびステアリングホイール３０の操作量などに基づいて、操舵アクチュエータ５１の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路５３に与える（ステップＴ２）。これにより、操舵アクチュエータ５１から、ステアリングホイール３０の操作方向に応じた方向に操舵軸１１を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況やステアリングホイール３０の操作態様などに応じた良好な操舵が達成される。
【００３５】
こうして操舵アクチュエータ５１を駆動制御している間に、操舵アクチュエータ５１に異常が発生すると、舵取り制御部６０は、まず、上述のＶＧＲ機能を解除し（ステップＴ３）、クラッチ２０を連結させる（ステップＴ４）。
クラッチ２０が連結されることにより、舵取り機構１０とステアリングホイール３０との機械的な結合が達成され、その後、反力アクチュエータ４０を操舵補助力の発生源としたパワーステアリング装置として機能する。すなわち、クラッチ２０の連結後、舵取り制御部６０は、反力アクチュエータ４０から操舵補助力を発生させるべく、ステアリングホイール３０の操作角（ハンドル角）に応じたＰＷＭ制御信号を作成し、このＰＷＭ制御信号を反力アクチュエータ４０の駆動回路４３に入力する（ステップＴ５）。これにより、反力アクチュエータ４０から適当な操舵補助力が発生され、ステアリングホイール３０の操作に応じた適切な操舵補助が実現される。
【００３６】
この実施形態によれば、操舵アクチュエータ５１に異常が発生した場合には、クラッチ２０が連結されるとともに、反力アクチュエータ４０が操舵補助力の発生源としてＰＷＭ制御される。これにより、ステアリングホイール３０の操作に対して、反力アクチュエータ４０から舵取り機構１０に操舵補助力が与えられる。ゆえに、クラッチ結合後もステアリングホイール３０を楽に操作することができ、実用的なフェールセーフを実現できる。
【００３７】
以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓをほぼ同じ最高出力に設計し、正常時において、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓの両方を駆動制御するという発明は、上述した第１の実施形態の構成に限らず、舵取り機構１０を駆動するための操舵駆動系が二重系でクラッチ２０を備えていない構成の車両用操舵装置に適用されてもよい。この場合、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓが正常な時には、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓから舵取り機構１０を駆動するための駆動力を発生させ、主操舵アクチュエータ５１Ｍまたは副操舵アクチュエータ５１Ｓの一方に異常が発生した時には、正常な他方の操舵アクチュエータのみから舵取り機構１０を駆動するための駆動力を発生させるようにすればよい。
【００３８】
また、上述の各実施形態では、操作部材としてステアリングホイール３０が用いられる例について説明したが、この他にも、レバーなどの他の操作部材が用いられてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成を説明するための概念図である。
【図２】図１に示す車両用操舵装置に備えられた舵取り制御部によって実行される処理について説明するためのフローチャートである。
【図３】この発明の他の実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成を示す概念図である。
【図４】図３に示す車両用操舵装置に備えられた舵取り制御部によって実行される処理について説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 舵取り機構
２０ クラッチ
３０ ステアリングホイール
４０ 反力アクチュエータ
５０Ｍ 主操舵駆動系
５０Ｓ 副操舵駆動系
５１ 操舵アクチュエータ
５１Ｍ 主操舵アクチュエータ
５１Ｓ 副操舵アクチュエータ
６０ 舵取り制御部
Ｗ 操向輪[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus configured to steer a steered wheel based on an operation of an operation member such as a steering wheel.
[0002]
[Prior art]
Eliminates the mechanical coupling between the steering wheel and the steering mechanism for steering the steering wheel, detects the steering wheel operation direction and operation amount, and based on the detection results, 2. Description of the Related Art A vehicle steering device (so-called steer-by-wire system) in which a driving force is applied from a steering actuator such as a motor has been proposed.
[0003]
By adopting such a configuration, it is possible to freely change the ratio (gear ratio) between the rotation amount of the steering wheel and the steering amount of the steered wheel in accordance with the traveling state of the vehicle. The exercise performance can be improved. In addition, the configuration as described above has an advantage that the steering wheel can be prevented from being pushed up at the time of a collision, and an advantage that the degree of freedom in the position of the steering wheel is increased.
By the way, in the steer-by-wire system as described above, since there is no mechanical connection between the steering wheel and the steering mechanism, a fail-safe measure for the steering drive system is important. Therefore, a clutch for allowing the steering wheel and the steering mechanism to be separated / coupled is interposed between the steering wheel and the steering mechanism, and in the event of a failure, the clutch is engaged and the steering wheel and the steering mechanism are mechanically connected. It has been proposed to concatenate. Further, it has been proposed that a steering drive system for driving the steering mechanism is a dual system of a main steering drive system and a sub steering drive system.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the configuration in which a clutch is interposed between the steering wheel and the steering mechanism, when the drive control of the steering actuator is continued after the clutch is coupled, the steering wheel is steered by the steering wheel steered by the steering actuator. There is a risk of inconvenience such as automatic rotation. For this reason, even if a failure occurs in a place other than the steering actuator, the driving of the steering actuator is stopped. As a result, the operation of the steering wheel becomes very heavy after the clutch is engaged, and the clutch There is a problem that a large load is applied.
[0005]
On the other hand, in the dual system, in order to reduce the system size and cost, the output of the steering actuator of the auxiliary steering drive system is designed to be smaller than the output of the steering actuator of the main steering drive system. It is common. Therefore, there is a problem that a sufficient driving force cannot be applied to the steering mechanism when the steering mechanism is driven by the auxiliary steering drive system.
Therefore, an object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can achieve good steering even when a failure occurs.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
  The invention according to claim 1 for achieving the above object includes an operation member (30) for steering the vehicle, and a steering mechanism (10) for turning the steering wheel (W) of the vehicle. The main steering actuator (51M) and the auxiliary steering actuator (51S) coupled to the steering mechanism, the clutch mechanism (20) capable of mechanically connecting / disconnecting the operation member and the steering mechanism, and the main steering When the actuator and the sub-steering actuator are normal, the clutch mechanism is separated and a driving force for driving the steering mechanism is generated from the main steering actuator and the sub-steering actuator. When an abnormality occurs on one side, the clutch mechanism is connected and the other normal steering actuator is Steering control means for generating a steering assist force according to the operation of Luo said operating member (60)And a reaction force actuator (40) for applying an operation reaction force to the operation member, wherein the steering control means operates from the reaction force actuator when the abnormality occurs in one of the main steering actuator or the sub steering actuator. Further generates a steering assist force according to the operation of the memberThis is a vehicle steering apparatus.
[0007]
In addition, the alphanumeric characters in parentheses represent corresponding components in the embodiments described later. Hereinafter, this is the same in this section.
According to the present invention, when the main steering actuator and the sub steering actuator are normal, the driving force is applied to the steering mechanism from both the main steering actuator and the sub steering actuator. Therefore, even if the individual maximum outputs of the main steering actuator and the sub steering actuator are relatively small, a sufficient driving force can be applied to the steering mechanism, and good steering can be achieved.
[0008]
When an abnormality occurs in the main steering actuator or the auxiliary steering actuator, the clutch mechanism is brought into a connected state, and a normal steering actuator is controlled as a generation source of the steering assist force. Thus, a steering assist force is applied to the steering mechanism from the normal steering actuator in accordance with the operation of the operation member. Therefore, the operation member can be easily operated even after the clutch is engaged, and a practical fail-safe can be realized.
[0009]
  AlsoWhen an abnormality occurs in the main steering actuator or the auxiliary steering actuator, the reaction force actuator is also controlled as a generation source of the steering assist force. As a result, a larger steering assist force can be applied to the steering mechanism, and the operation member can be operated more easily after the clutch mechanism is in the coupled state.
[0010]
  Claim2The described inventionAn operation member (30) for steering the vehicle, a steering mechanism (10) for steering the steering wheel (W) of the vehicle, a main steering actuator (51M) coupled to the steering mechanism, When the steering actuator (51S), the clutch mechanism (20) capable of mechanically connecting / separating the operation member and the steering mechanism, and the main steering actuator and the sub steering actuator are normal, the clutch mechanism is separated. As described above, when a driving force for driving the steering mechanism is generated from the main steering actuator and the sub-steering actuator, and abnormality occurs in one of the main steering actuator or the sub-steering actuator, the clutch mechanism is in a connected state, A steering assist force corresponding to the operation of the operation member is generated from the other normal steering actuator. That steering control means (60),Reaction force actuator (40) for applying an operation reaction force to the operation memberIncludingWhen the abnormality occurs in the reaction force actuator, the steering control means sets the clutch mechanism in a connected state and generates a steering assist force according to the operation of the operation member from the main steering actuator and the sub steering actuator. It is characterized by beingCarThis is a dual-purpose steering device.
  According to this invention,When the main steering actuator and the sub steering actuator are normal, a driving force is applied to the steering mechanism from both the main steering actuator and the sub steering actuator. Therefore, even if the individual maximum outputs of the main steering actuator and the sub steering actuator are relatively small, a sufficient driving force can be applied to the steering mechanism, and good steering can be achieved.
When an abnormality occurs in the main steering actuator or the auxiliary steering actuator, the clutch mechanism is brought into a connected state, and a normal steering actuator is controlled as a generation source of the steering assist force. Thus, a steering assist force is applied to the steering mechanism from the normal steering actuator in accordance with the operation of the operation member. Therefore, the operation member can be easily operated even after the clutch is engaged, and a practical fail-safe can be realized.
Also,When an abnormality occurs in the reaction force actuator, the clutch mechanism is connected, and the main steering actuator and the sub steering actuator are controlled as a generation source of the steering assist force. Therefore, also in this case, the steering wheel can be operated easily, and a practical fail-safe is realized.
[0011]
  Claim3The described invention is coupled to the steering member (30) for steering the vehicle, the steering mechanism (10) for steering the steering wheel of the vehicle, and the steering mechanism, and has substantially the same maximum output. When the main steering actuator and the sub-steering actuator are normal, and when the main steering actuator and the sub-steering actuator are normal, a driving force for driving the steering mechanism from the main steering actuator and the sub-steering actuator is provided. Steering control means (60) for generating a driving force for driving the steering mechanism only from the other normal steering actuator when an abnormality occurs in one of the main steering actuator or the sub steering actuator. This is a vehicle steering apparatus.
[0012]
According to the present invention, when the main steering actuator and the sub steering actuator are normal, the driving force is applied to the steering mechanism from both the main steering actuator and the sub steering actuator. Therefore, the individual maximum outputs of the main steering actuator and the sub steering actuator can be kept small.
Each maximum output of the main steering actuator and the sub steering actuator is preferably 60 to 70% of the output sufficient to drive the steering mechanism. In this case, when the main steering actuator and the sub-steering actuator are normal, a sufficient driving force can be applied to the steering mechanism, and good steering can be achieved. Further, even with only one of the main steering actuator and the sub-steering actuator, a driving force sufficient to maintain the direction of the steered wheels can be applied to the steering mechanism.
[0013]
  Claim4The described invention includes an operation member (30) for steering a vehicle, a steering mechanism (10) for turning a steering wheel of the vehicle, and a steering actuator (51) coupled to the steering mechanism. A clutch mechanism (20) capable of mechanically connecting / disconnecting the operation member and the steering mechanism, a reaction force actuator (40) for applying an operation reaction force to the operation member, and the steering actuator being normal. Sometimes, the clutch mechanism is separated and a driving force for driving the steering mechanism is generated from the steering actuator. When an abnormality occurs in the steering actuator, the clutch mechanism is connected and the reaction force actuator And a steering control means (60) for generating a steering assist force according to the operation of the operation member. A.
[0014]
According to the present invention, when an abnormality occurs in the steering actuator, the clutch mechanism is brought into a connected state and the reaction force actuator is controlled as a generation source of the steering assist force. Thus, a steering assist force is applied from the reaction force actuator to the steering mechanism in accordance with the operation of the operation member. Therefore, the operating member can be easily operated even after the clutch mechanism is in the coupled state, and a practical fail-safe can be realized.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention. The vehicle steering apparatus includes a steering mechanism 10 for causing a pair of steering wheels (usually front wheels) W and W to perform a steering operation, and a mechanical mechanism via a clutch 20 for the steering mechanism 10. A steering wheel 30 that can be connected / disconnected to the steering wheel 30 and a reaction force actuator 40 for applying a reaction force to the steering wheel 30.
[0016]
In this vehicle steering apparatus, the steering drive system for driving the steering mechanism 10 is a dual system of the main steering drive system 50M and the auxiliary steering drive system 50S. The main steering drive system 50M includes a main steering actuator 51M and a main rotation angle sensor 52M for detecting the rotation angle of the main steering actuator 51M. On the other hand, the sub steering drive system 50S includes a sub steering actuator 51S and a sub rotation angle sensor 52S for detecting the rotation angle of the sub steering actuator 51S. The main steering actuator 51M and the sub-steering actuator 51S are both configured by, for example, an electric motor, and the maximum output of both is sufficient for driving the steering mechanism 10 by the main steering actuator 51M or the sub-steering actuator 51S alone. The output is almost the same at 60 to 70% of the output.
[0017]
The steering mechanism 10 includes a steering shaft 11 that extends in the left-right direction of the vehicle body, and a knuckle arm 13 that is coupled to both ends of the steering shaft 11 via tie rods 12 and 12 and supports the steered wheels W and W. , 13. The steering shaft 11 is supported by the housing 14 and is slidable in the axial direction, and a main steering actuator 51M is coaxially incorporated in the middle portion thereof. A rack gear 11 a is formed on a part of the steering shaft 11, and a pinion gear 22 at the tip of a shaft 21 coupled to one side of the clutch 20 is engaged with the rack gear 11 a. A sub steering actuator 51S is coupled to the shaft 21, and a driving force generated by the sub steering actuator 51S is input to the shaft 21. With this configuration, when the main steering actuator 51M is driven, the rotation of the main steering actuator 51M is converted into sliding of the steering shaft 11 by a motion conversion mechanism such as a ball screw. Steering of the wheels W, W is achieved. When the auxiliary steering actuator 51S is driven, the rotation of the shaft 21 by the auxiliary steering actuator 51S is converted into the sliding of the steering shaft 11 by the pinion gear 22 and the rack gear 11a, and the steering wheel is driven by the sliding of the steering shaft 11. W, W steering is achieved.
[0018]
A shaft 23 coupled to the other side of the clutch 20 is coupled to the steering wheel 30. Therefore, if the clutch 20 is in the connected state, the steering torque applied to the steering wheel 30 is mechanically transmitted to the steering shaft 11 via the shaft 23, the clutch 20, the shaft 21, the pinion gear 22, and the rack gear 11a. The
The reaction force actuator 40 is constituted by an electric motor (for example, a three-phase brushless motor) having a shaft 23 that couples the clutch 20 and the steering wheel 30 as a rotating shaft, and a casing thereof is fixed at an appropriate position of the vehicle body. . The reaction force actuator 40 is provided with a torque sensor 41 for detecting the steering torque input from the steering wheel 30 and an operation angle sensor 42 for detecting the operation angle of the steering wheel 30.
[0019]
The clutch 20, the reaction force actuator 40, the main steering actuator 51M, and the auxiliary steering actuator 51S are controlled by a steering control unit 60 including a microprocessor and the like. Specifically, the steering control unit 60 receives detection signals from the operation angle sensor 42, the main rotation angle sensor 52M, and the sub rotation angle sensor 52S. Further, a steering position sensor 15 for detecting the axial position of the steering shaft 11 is provided in association with the steering shaft 11, and a detection signal of the steering position sensor 15 is also input to the steering control unit 60. It has come to be. The steering control unit 60 is further input with a detection signal of a vehicle speed sensor 70 for detecting the vehicle speed. The vehicle speed sensor 70 can be constituted by, for example, a wheel speed sensor that detects the rotational speed of a wheel. Then, the steering control unit 60 drives the clutch 20, the reaction force actuator 40, the main steering actuator 51M, and the auxiliary steering actuator 51S based on the input signals from the sensors, respectively, driving circuits 24, 43, and 53M. , 53S.
[0020]
FIG. 2 is a flowchart for explaining processing executed by the steering control unit 60. The steering control unit 60 determines whether or not the main steering actuator 51M, the auxiliary steering actuator 51S, or the reaction force actuator 40 is operating normally, that is, an abnormality occurs in the main steering actuator 51M, the auxiliary steering actuator 51S, or the reaction force actuator 40. It is monitored whether it is (step S1, S2).
[0021]
If no abnormality has occurred in the main steering actuator 51M and the sub-steering actuator 51S (NO in step S1) and no abnormality has occurred in the reaction force actuator 40 (NO in step S2), the steering control unit 60 drives and controls both the main steering actuator 51M and the auxiliary steering actuator 51S (step S3). In this embodiment, the steering control unit 60 has a VGR (variable gear ratio) function, and a ratio between the rotation amount of the steering wheel 30 and the steering amounts of the steered wheels W and W according to the traveling state of the vehicle. (Gear ratio) is set, and voltage command values of the main steering actuator 51M and the sub-steering actuator 51S are set based on the set gear ratio and the operation amount of the steering wheel 30, and the control according to each voltage command value Signals are applied to the drive circuits 53M and 53S, respectively. As a result, torque for sliding the steering shaft 11 in the direction corresponding to the operation direction of the steering wheel 30 is output from both the main steering actuator 51M and the sub-steering actuator 51S. Good steering according to the operation mode and the like is achieved.
[0022]
If an abnormality occurs in the main steering actuator 51M or the sub-steering actuator 51S while driving and controlling the main steering actuator 51M and the sub-steering actuator 51S in this way, the steering control unit 60 first cancels the VGR function described above ( Step S4), the relationship between the rotation angle of the steering wheel 30 and the steering angle of the steered wheels W, W is appropriate (the relationship between the midpoint of the steering wheel 30 and the midpoint of the steered wheels W, W) ), The normal steering actuator is controlled to adjust the positions of the steered wheels W and W. Then, after adjusting the positions of the steering wheels W, W, the clutch 20 is engaged (step S5), and the driving of the reaction force actuator 40 is stopped (step S6).
[0023]
By coupling the clutch 20, mechanical coupling between the steering mechanism 10 and the steering wheel 30 is achieved, and then the normal steering actuator (the main steering actuator 51M or the sub steering actuator 51S) and the reaction force actuator 40 are steered. It functions as a power steering device as a source of auxiliary force. That is, after the clutch 20 is engaged, the steering control unit 60 generates a steering assist force from the normal steering actuator and the reaction force actuator 40, and the steering actuator PWM (in accordance with the operation angle (handle angle) of the steering wheel 30). Pulse Width Modulation) control signals and reaction force actuator PWM control signals are created, and these PWM control signals are input to the normal steering actuator and reaction force actuator 40 drive circuit (steps S7 and S8). As a result, an appropriate steering assist force is generated from the normal steering actuator and reaction force actuator 40, and appropriate steering assist according to the operation of the steering wheel 30 is realized.
[0024]
If an abnormality occurs in the reaction force actuator 40, the steering control unit 60 first stops driving the reaction force actuator 40 (step S9). Next, the above-described VGR function is canceled (step S10), and the normal steering actuator is controlled so that the relationship between the rotation angle of the steering wheel 30 and the steered angle of the steered wheels W and W becomes an appropriate relationship. Then, after adjusting the positions of the steering wheels W, W, the clutch 20 is connected (step S11).
[0025]
After the clutch 20 is connected, the vehicle steering apparatus is a power steering apparatus in which the steering mechanism 10 and the steering wheel 30 are mechanically connected, and the main steering actuator 51M and the sub steering actuator 51S are used as sources of steering assist force. Function as. That is, after the clutch 20 is connected, the steering control unit 60 generates the steering assist force from the main steering actuator 51M and the auxiliary steering actuator 51S, and the PWM for the main steering actuator according to the operation angle (handle angle) of the steering wheel 30. A control signal and a sub steering actuator PWM control signal are created, and these PWM control signals are input to the drive circuits 53M and 53S of the main steering actuator 51M and the sub steering actuator 51S (step S12). Thereby, an appropriate steering assist force is generated from the main steering actuator 51M and the auxiliary steering actuator 51S, and appropriate steering assist according to the operation of the steering wheel 30 is realized.
[0026]
As described above, according to this embodiment, when the reaction force actuator 40, the main steering actuator 51M, and the sub steering actuator 51S are normal, the steering mechanism 10 is driven by both the main steering drive system 50M and the sub steering drive system 50S. The Therefore, even if the maximum outputs of the main steering actuator 51M and the sub steering actuator 51S are relatively small, a sufficient driving force can be applied to the steering mechanism 10 and good steering can be achieved.
[0027]
When an abnormality occurs in the main steering actuator 51M or the sub steering actuator 51S, the clutch 20 is connected, and a normal steering actuator is PWM-controlled as a generation source of the steering assist force. Accordingly, a steering assist force is applied to the steering mechanism 10 from a normal steering actuator in response to the operation of the steering wheel 30. Therefore, the steering wheel 30 can be operated easily even after clutch engagement, and a practical fail-safe can be realized.
[0028]
Furthermore, in this embodiment, when an abnormality occurs in the main steering actuator 51M or the auxiliary steering actuator 51S, the reaction force actuator 40 is also PWM-controlled as a generation source of the steering assist force. As a result, a larger steering assist force can be applied to the steering mechanism 10, and the operation of the steering wheel 30 after clutch engagement can be performed more easily.
Further, when an abnormality occurs in the reaction force actuator 40, the clutch 20 is connected, and the main steering actuator 51M and the sub steering actuator 51S are PWM-controlled as a generation source of the steering assist force. Therefore, also in this case, the steering wheel 30 can be operated easily, and a practical fail-safe is realized.
[0029]
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a vehicle steering apparatus according to another embodiment of the present invention. The vehicle steering apparatus according to this embodiment is different from the configuration of the vehicle steering apparatus shown in FIG. 1 described above in that the steering drive system for driving the steering mechanism 10 is not a dual system. In FIG. 3, parts corresponding to the parts shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
The vehicle steering apparatus includes a steering mechanism 10 for causing a pair of steering wheels (usually front wheels) W and W to perform a steering operation, and a mechanical mechanism via a clutch 20 for the steering mechanism 10. A steering wheel 30 that can be connected / disconnected to the steering wheel 30 and a reaction force actuator 40 for applying a reaction force to the steering wheel 30.
[0030]
The steering mechanism 10 includes a steering shaft 11 that extends in the left-right direction of the vehicle body, and a knuckle arm 13 that is coupled to both ends of the steering shaft 11 via tie rods 12 and 12 and supports the steered wheels W and W. , 13. The steering shaft 11 is supported by the housing 14 and is slidable in the axial direction. A steering actuator 51 is coaxially incorporated in the middle of the steering shaft 11. The steering actuator 51 is configured by, for example, an electric motor having an output sufficient for driving the steering mechanism 10. With this configuration, when the steering actuator 51 is driven, the rotation of the steering actuator 51 is converted into sliding of the steering shaft 11 by a motion conversion mechanism such as a ball screw. , W steering is achieved.
[0031]
A rack gear 11 a is formed on a part of the steering shaft 11, and a pinion gear 22 at the tip of a shaft 21 coupled to one side of the clutch 20 is engaged with the rack gear 11 a. A shaft 23 coupled to the other side of the clutch 20 is coupled to the steering wheel 30. Therefore, if the clutch 20 is in the connected state, the steering torque applied to the steering wheel 30 is mechanically transmitted to the steering shaft 11 via the shaft 23, the clutch 20, the shaft 21, the pinion gear 22, and the rack gear 11a. The
[0032]
The reaction force actuator 40 is constituted by an electric motor (for example, a three-phase brushless motor) having a shaft 23 that couples the clutch 20 and the steering wheel 30 as a rotating shaft, and a casing thereof is fixed at an appropriate position of the vehicle body. . The reaction force actuator 40 is provided with a torque sensor 41 for detecting the steering torque input from the steering wheel 30 and an operation angle sensor 42 for detecting the operation angle of the steering wheel 30.
[0033]
The clutch 20, the reaction force actuator 40, and the steering actuator 51 are controlled by a steering control unit 60 including a microprocessor and the like. Specifically, detection signals from the operation angle sensor 42 and the rotation angle sensor 52 are input to the steering control unit 60. Further, a steering position sensor 15 for detecting the axial position of the steering shaft 11 is provided in association with the steering shaft 11, and a detection signal of the steering position sensor 15 is also input to the steering control unit 60. It has come to be. The steering control unit 60 is further input with a detection signal of a vehicle speed sensor 70 for detecting the vehicle speed. The vehicle speed sensor 70 can be constituted by, for example, a wheel speed sensor that detects the rotational speed of a wheel. And the steering control part 60 gives a control signal to the drive circuits 24, 43, and 53 for driving the clutch 20, the reaction force actuator 40, and the steering actuator 51, respectively, based on the input signals from the sensors.
[0034]
FIG. 4 is a flowchart for explaining processing executed by the steering control unit 60. The steering control unit 60 monitors whether or not the steering actuator 51 is operating normally (step T1).
When no abnormality has occurred in the steering actuator 51, the steering control unit 60, for example, the gear ratio between the rotation amount of the steering wheel 30 and the steering amount of the steered wheels W and W according to the traveling state of the vehicle. (VGR function) is set, a voltage command value of the steering actuator 51 is set based on the set gear ratio and the operation amount of the steering wheel 30, and a control signal corresponding to the voltage command value is sent to the drive circuit 53. (Step T2). As a result, torque for sliding the steering shaft 11 in the direction corresponding to the operation direction of the steering wheel 30 is output from the steering actuator 51, which is favorable according to the traveling state of the vehicle, the operation mode of the steering wheel 30, and the like. Steering is achieved.
[0035]
If an abnormality occurs in the steering actuator 51 while driving the steering actuator 51 in this way, the steering control unit 60 first releases the VGR function (step T3) and connects the clutch 20 (step T4). ).
By coupling the clutch 20, mechanical coupling between the steering mechanism 10 and the steering wheel 30 is achieved, and then functions as a power steering device using the reaction force actuator 40 as a source of steering assist force. That is, after the clutch 20 is engaged, the steering control unit 60 creates a PWM control signal corresponding to the operation angle (steering wheel angle) of the steering wheel 30 in order to generate the steering assist force from the reaction force actuator 40, and this PWM control. A signal is input to the drive circuit 43 of the reaction force actuator 40 (step T5). Accordingly, an appropriate steering assist force is generated from the reaction force actuator 40, and appropriate steering assist according to the operation of the steering wheel 30 is realized.
[0036]
According to this embodiment, when an abnormality occurs in the steering actuator 51, the clutch 20 is connected, and the reaction force actuator 40 is PWM-controlled as a generation source of the steering assist force. Accordingly, a steering assist force is applied from the reaction force actuator 40 to the steering mechanism 10 in response to the operation of the steering wheel 30. Therefore, the steering wheel 30 can be operated easily even after clutch engagement, and a practical fail-safe can be realized.
[0037]
As mentioned above, although two embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, the invention in which the main steering actuator 51M and the sub-steering actuator 51S are designed to have substantially the same maximum output and both the main steering actuator 51M and the sub-steering actuator 51S are driven and controlled in the normal state is the first embodiment described above. The steering drive system for driving the steering mechanism 10 is not limited to the configuration described above, and may be applied to a vehicle steering apparatus having a dual system and not including the clutch 20. In this case, when the main steering actuator 51M and the sub steering actuator 51S are normal, a driving force for driving the steering mechanism 10 is generated from the main steering actuator 51M and the sub steering actuator 51S, and the main steering actuator 51M or the sub steering actuator 51S is generated. When an abnormality occurs in one of the two, a driving force for driving the steering mechanism 10 may be generated only from the other normal steering actuator.
[0038]
Further, in each of the above-described embodiments, the example in which the steering wheel 30 is used as the operation member has been described. However, other operation members such as a lever may be used.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining processing executed by a steering control unit provided in the vehicle steering apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a vehicle steering apparatus according to another embodiment of the present invention.
4 is a flowchart for explaining processing executed by a steering control unit provided in the vehicle steering apparatus shown in FIG. 3; FIG.
[Explanation of symbols]
10 Steering mechanism
20 Clutch
30 Steering wheel
40 Reaction force actuator
50M main steering drive system
50S Sub steering drive system
51 Steering actuator
51M Main steering actuator
51S Sub-steering actuator
60 Steering control unit
W steering wheel

Claims (4)

車両の操向のための操作部材と、
車両の操向輪を転舵させるための舵取り機構と、
この舵取り機構に結合された主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータと、
上記操作部材と上記舵取り機構とを機械的に連結／分離可能なクラッチ機構と、
上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータが正常な時には、上記クラッチ機構を分離状態として、上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータから上記舵取り機構を駆動するための駆動力を発生させ、上記主操舵アクチュエータまたは副操舵アクチュエータの一方に異常が発生した時には、上記クラッチ機構を連結状態として、正常な他方の操舵アクチュエータから上記操作部材の操作に応じた操舵補助力を発生させる舵取り制御手段と、
上記操作部材に操作反力を与える反力アクチュエータとを含み、
上記舵取り制御手段は、上記主操舵アクチュエータまたは副操舵アクチュエータの一方に異常が発生した時に、上記反力アクチュエータから上記操作部材の操作に応じた操舵補助力をさらに発生させるものであることを特徴とする車両用操舵装置。An operating member for steering the vehicle;
A steering mechanism for turning the steering wheel of the vehicle;
A main steering actuator and a sub-steering actuator coupled to the steering mechanism;
A clutch mechanism capable of mechanically connecting / disconnecting the operation member and the steering mechanism;
When the main steering actuator and the sub steering actuator are normal, the clutch mechanism is disengaged to generate a driving force for driving the steering mechanism from the main steering actuator and the sub steering actuator, and Steering control means for causing the clutch mechanism to be in a connected state and generating a steering assist force according to the operation of the operation member from the other normal steering actuator when an abnormality occurs in one of the steering actuators ;
A reaction force actuator that applies an operation reaction force to the operation member,
The steering control means further generates a steering assist force corresponding to the operation of the operation member from the reaction force actuator when an abnormality occurs in one of the main steering actuator or the sub-steering actuator. A vehicle steering device. 車両の操向のための操作部材と、
車両の操向輪を転舵させるための舵取り機構と、
この舵取り機構に結合された主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータと、
上記操作部材と上記舵取り機構とを機械的に連結／分離可能なクラッチ機構と、
上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータが正常な時には、上記クラッチ機構を分離状態として、上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータから上記舵取り機構を駆動するための駆動力を発生させ、上記主操舵アクチュエータまたは副操舵アクチュエータの一方に異常が発生した時には、上記クラッチ機構を連結状態として、正常な他方の操舵アクチュエータから上記操作部材の操作に応じた操舵補助力を発生させる舵取り制御手段と、
上記操作部材に操作反力を与える反力アクチュエータとを含み、
上記舵取り制御手段は、上記反力アクチュエータに異常が発生した時には、上記クラッチ機構を連結状態として、上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータから上記操作部材の操作に応じた操舵補助力を発生させるものであることを特徴とする車両用操舵装置。 An operating member for steering the vehicle;
A steering mechanism for turning the steering wheel of the vehicle;
A main steering actuator and a sub-steering actuator coupled to the steering mechanism;
A clutch mechanism capable of mechanically connecting / disconnecting the operation member and the steering mechanism;
When the main steering actuator and the sub steering actuator are normal, the clutch mechanism is disengaged to generate a driving force for driving the steering mechanism from the main steering actuator and the sub steering actuator, and Steering control means for causing the clutch mechanism to be in a connected state and generating a steering assist force according to the operation of the operation member from the other normal steering actuator when an abnormality occurs in one of the steering actuators;
Look containing a reaction force actuator that gives operation reaction force to the operation member,
The steering control means is configured to generate a steering assist force according to the operation of the operation member from the main steering actuator and the sub steering actuator with the clutch mechanism in a connected state when an abnormality occurs in the reaction force actuator. car dual steering system shall be the feature that there. 車両の操向のための操作部材と、
車両の操向輪を転舵させるための舵取り機構と、
この舵取り機構に結合されており、ほぼ同じ最高出力を有する主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータと、
上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータが正常な時には、上記主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータから上記舵取り機構を駆動するための駆動力を発生させ、上記主操舵アクチュエータまたは副操舵アクチュエータの一方に異常が発生した時には、正常な他方の操舵アクチュエータのみから上記舵取り機構を駆動するための駆動力を発生させる舵取り制御手段と
を含むことを特徴とする車両用操舵装置。An operating member for steering the vehicle;
A steering mechanism for turning the steering wheel of the vehicle;
A main steering actuator and a sub-steering actuator coupled to the steering mechanism and having substantially the same maximum output;
When the main steering actuator and the sub steering actuator are normal, a driving force for driving the steering mechanism is generated from the main steering actuator and the sub steering actuator, and an abnormality occurs in one of the main steering actuator or the sub steering actuator. And a steering control means for generating a driving force for driving the steering mechanism only from the other normal steering actuator. 車両の操向のための操作部材と、
車両の操向輪を転舵させるための舵取り機構と、
この舵取り機構に結合された操舵アクチュエータと、
上記操作部材と上記舵取り機構とを機械的に連結／分離可能なクラッチ機構と、
上記操作部材に操作反力を与えるための反力アクチュエータと、
上記操舵アクチュエータが正常な時には、上記クラッチ機構を分離状態として、上記操舵アクチュエータから上記舵取り機構を駆動するための駆動力を発生させ、上記操舵アクチュエータに異常が発生した時には、上記クラッチ機構を連結状態として、上記反力アクチュエータから上記操作部材の操作に応じた操舵補助力を発生させる舵取り制御手段と
を含むことを特徴とする車両用操舵装置。An operating member for steering the vehicle;
A steering mechanism for turning the steering wheel of the vehicle;
A steering actuator coupled to the steering mechanism;
A clutch mechanism capable of mechanically connecting / disconnecting the operation member and the steering mechanism;
A reaction force actuator for applying an operation reaction force to the operation member;
When the steering actuator is normal, the clutch mechanism is disengaged to generate a driving force for driving the steering mechanism from the steering actuator. When an abnormality occurs in the steering actuator, the clutch mechanism is in a connected state. And a steering control means for generating a steering assist force corresponding to the operation of the operation member from the reaction force actuator.
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